1 5. Maszyny prdu staego 5.1. Informacje wstpne, budowa Maszyny prdu staego s stosowane zarwno do pracy generatorowej jak i silnikowej. Silniki umoliwiajpynnregulacjprdkociobrotowejwszerokichgranicachorazrozruchpod duym obcieniem, std s stosowane w przemyle cikim, grnictwie, w napdach maszyn wycigowychimaszynwalcowniczych.Maszynytrakcyjnemajzwykleodkilkudo kilkunastu kW. Mikromaszyny maj prdkoci do kilkunastu tysicy obr/min is stosowane jako elementy ukadw sterowania i automatyki. Rys.5.1. Silnik obcowzbudny prdu staego o czterech biegunach, bez uzwojenia kompensacyjnego, ma dane znamionowe: kW PN100 = ,V UaN400 = ,A IaN250 = , min / 2000 =Nn . Umieszczony na silniku zewntrzny wentylator napdzany jest przez silnik indukcyjny. Z boku silnika widoczna jest skrzynka zaciskowa i wywietrznik. Maszyna prdu staego zbudowana jest z nastpujcych gwnych elementw rys.5.2. stojana,w skad ktrego wchodzi: jarzmo z nabiegunnikami, bieguny gwne z uzwojeniem wzbudzenia, bieguny komutacyjne z uzwojeniem komutacyjnym, uzwojenie kompensacyjne (dla duych maszyn), trzymado szczotkowe, tarcze oyskowe; twornika (wirnika), w ktrego skad wchodzi: rdze wykonany z pakietu blach ( ze wzgldu na prdy wirowe), rozoone w obkach rdzenia uzwojenie twornika, osadzony na wale wirnika komutator z ukadem szczotek, skadajcy si z odizolowanych od siebie wycinkw wykonanych z miedzi rys.5.3. Rys.5.2. Przekroje czterobiegunowej maszyny prdu staego z wyszczeglnieniem elementw jej budowy: 1 - jarzmo, 2 - twornik, 3 komutator, 4 - tarcze oyskowe, 5 - oyska kulkowe, 6 - bieguny gwne, 7 - bieguny komutacyjne, 8 - wycinki komutatora, 9 - uzwojenie twornika, 10 - poczenie zezwojw z wycinkiem, 11 wa, 12 - jarzmo szczotkowe, 13 - sworznie osadzenia szczotek, 14 - ruby mocujce tarcz oyskowych, 15 - apy; 16 - uzwojenie biegunw gwnych, 17 - uzwojenie biegunw komutacyjnych 2 13 Rys.5.3. Konstrukcja komutatora:1 - wycinek komutatora, 2 - piercie dociskowy, 3 - izolacja Rozmieszczenie uzwoje na stojanie przedstawia rys.5.4. uzwojenie wzbudzeniauzwojenie kompensacyjneuzwojenie bieguna komutacyjnego Rys.5.4. Uzwojony czterobiegunowy stojanW zalenoci odsposobu poczenia uzwojenia wzbudzenia i uzwojenia twornika maszyna prdu staego moe by: obcowzbudna stosowana w napdach o duym zakresie regulacji obrotw; bocznikowa stosowana w napdach o maym zakresie regulacji obrotw;szeregowa stosowana w napdach wymagajcych duej wartoci momentu rozruchowego; obcowzbudna (bocznikowa) z dozwojeniem szeregowym stosowana w napdach wymagajcych zarwno duej wartoci momentu rozruchowego, jak teznacznej zmiany obrotw. Dopoprawyprzebiegukomutacjiiwarunkwpracyobcionejmaszynystosujesi poczone szeregowo z uzwojeniem twornika tzw. uzwojenia pomocnicze.S to:- uzwojenie biegunw komutacyjnych;- uzwojenie kompensacyjne. Na rys.5.5 przedstawiono (zgodnie z PN--EN 60034-8:2005) oznaczenia pocztkw i kocw poszczeglnych uzwoje (indeks 1 dotyczy bieguna +, indeks 2 dotyczy bieguna -): -A1-A2 uzwojenie twornika, -B1-B2 uzwojenie biegunw komutacyjnych, -C1-C2 uzwojenie kompensacyjne, -F1-F2 uzwojenie wzbudzenia obcowzbudne, -E1-E2 uzwojenie wzbudzenia bocznikowe, 3 -D1-D2 - uzwojenie wzbudzenia szeregowe, -H1 H2 dodatkowe (pomocnicze) uzwojenie w osi podunej,-I1 I2 dodatkowe (pomocnicze) uzwojenie w osi poprzecznej, tam gdzie znajduje si uzwojenie biegunw pomocniczych (komutacyjne). A1 A2 F1 F2 d E1 E2 D1 D2H1 H2 uzwojenie bocznikowe wzbudzenia uzwojenie wzbudz. zasilane z obcego rda uzwojenie szeregowe wzbudzenia uzwojenie dodatkowe w osi podunej d B1 B2 C1 C2 I1 I2 bieguny pomocnicze uzwojenie kompensacyjne Uzwojenie dodatkowe w osi poprzecznej q q Rys.5.5. Oznaczenie graficzne uzwoje maszyny prdu staego 5.2. Rozkad indukcji magnetycznej ioddziaywanie twornika Rozkadindukcjimagnetycznejwszczeliniemiedzywirnikiemastojanemwzduobwodu jest przedstawiony dla maszyny dwubiegunowej na rys.5.6. a)b)c)d)BBfaBbpBwyp 2 2 2 200002 / 2 / 3d dq q q Rys.5.6. Rozkad indukcji magnetycznej w maszynie prdu staego: a) od biegunw gwnych, b) od uzwoje twornika, c) pole gwne wypadkowe, d) od biegunw pomocniczych 4 Wmaszynienieobcionej(pracujcejnabiegujaowym)polemagnetyczne fB jest wywoaneprzezprdwzbudzeniarys.5.6a.Indukcjamagnetycznamastawartopod biegunamigwnymi.Osymetriid(o biegunw gwnych) jest osi dobrej przewodnoci magnetycznej, gdy szczelina powietrzna jest maa. O symetriiq(o szczotek) jest osi zej przewodnoci magnetycznej, gdy szczelina powietrzna ma du warto. Budowa biegunw wyznacza szeroko strefy szczeliny o zerowej wartoci indukcji. Przyobcieniumaszynyprdtwornikawzbudzapolemagnetyczneoteoretycznie liniowozmieniajcejsiwartociindukcji aB ,osigajcejwartomaksymalnwosiq ,a zerowosid -rys.5.6b.Poniewabiegunymajszerokomniejsznipoowaobwodu zmienia si przewodno szczeliny i warto rzeczywistej indukcji aBznacznie maleje w osi szczotek.Poleoddziaywaniatwornikanakadasinapolebiegunwgwnych,powodujc jegoznieksztacenie- wypB narys.5.6c:wzrostindukcjimagnetycznejwjednejczci nabiegunnika, przy rwnoczesnym zmniejszeniu indukcji w pozostaej czci. Ze wzgldu na nieliniowokrzywejmagnesowaniaobwodumagnetycznegoprzyrostindukcji jest mniejszy nijejubytekidlategooddziaywanietwornikapowodujezmniejszeniesiwypadkowego strumieniagwnego(odpowiadamupolepowierzchnipomidzykrzywindukcjiiosi odcitych)wporwnaniuzwartoci,ktrosigaonprzytakimsamymprdzie wzbudzenia,leczwstaniejaowym.Oneutralna,dlaktrejindukcjamagnetyczna wypBprzyjmujewartozerowskutekoddzialywaniatwornikaulegaprzesuniciuopewienkt wzgldem osi biegunw - rys.5.6c.Przebiegstrumieniamagnetycznegowmaszynieobcionej,bezuwzglednieniadziaania uzwojenia biegunow komutacyjnych jest przedstawiony na rys.5.7. ) a) b) c1 Rys.5.7.Strumiemagnetycznywmaszynieprdustaegowytworzonyprzez:a)bieguny gwne, b) uzwojenie twornika, c) strumie wypadkowy; 1 pooenie osi neutralnej Niezerowepolemagnetycznewosiszczoteklikwidujeumieszczeniewtejosibiegunw pomocniczych (komutacyjnych), wytwarzajcych pole bpBprzeciwne do pola wypB- rys.5.6d. Zatem,abyskutecznielikwidowazjawiskooddziaywaniatwornikauzwojeniebiegunw komutacyjnychnaleyzasiliprdemtwornika,leczwczyprzeciwniedouzwojenia twornika. Zjawisko oddziaywania twornika powoduje nastpujce skutki: zmian rozkadu indukcji magnetycznej pod biegunami; 5 obrcenierzeczywistejosineutralnejokt,wzgldemgeometrycznejosi neutralnej (istnienie pewnej indukcji magnetycznej w osi poprzecznej); zmniejszenie strumienia wypadkowego w maszynie nasyconej; pogorszeniekomutacji(polewypadkowewosiszczotekjestrnejestrne od zera). W celu przeciwdziaania skutkom oddziaywania twornika stosuje si: umieszczeniebiegunwpomocniczych(komutacyjnych)wstrefiedziaania szczotek,coprzeciwdziaawytworzeniuindukcjipolawosiszczotek(osi poprzecznej); umieszczenie w maych maszynach dozwojenia szeregowego, wzmacniajcego strumie biegunw gwnych; umieszczenieuzwojekompensacyjnychwnabiegunnikachbiegunw gwnych,colikwidujeznieksztaceniepolapodbiegunami(indukcja pozostaje staa i ma warto jak w stanie jaowym); zwikszenieszczelinypowietrznejnabrzegachnabiegunnika(najmniejsza szczelinawosibieguna),cozmniejszaprzewodnoszczelinyiwefekcie warto indukcji oddziaywania twornika. Poniejnaprzykadzieczterobiegunowejmaszynyprdustaegojestprzedstawionywpyw dziaania uzwojenia kompensacyjnego na rozkad wypadkowego pola magnetycznego. 1234 Rys.5.8. Rozkad pola magnetycznego w czterobiegunowej maszynie prdu staego: 1 cewka wzbudzenia, 2 uzwojenie kompensacyjne, 3 uzwojenie bieguna komutacyjnego, 4 uzwojenie twornika Gstostrumieniamagnetycznegowskutekdziaaniauzwojeniakompensacyjnegojesttaka sama po obu stronach nabiegunnika bieguna gwnego, brak znieksztacenia pola. Uzwojenia kompensacyjne s wymagane dla maszyn o mocach powyej 200kW. 5.3. Komutacja Komutacjnazywamyzespzjawisk,ktrewmaszyniekomutatorowejtowarzyszzmianie kierunkuprduwzezwojuzwartymprzezszczotk.Stowspzaleneodsiebiezjawiska mechaniczne, elektromagnetyczne, elektromechaniczne i termiczne. Iskrzenieszczotekbdcezjawiskiemniepodanymmoemieprzyczynymechaniczne (niecylindrycznokomutatora,nierwnocilubzanieczyszczeniejegopowierzchni, wystawanieizolacjimidzywycinkowej,nieodpowiednieszczotki,zydociskszczotekdo komutatora,nieprawidoweichdotarcie)lubelektryczne(niewaciwedziaaniebiegunw komutacyjnych). 6 Schematzastpczyobwodukomutacyjnegoiodpowiadajcamuzmianaprduwzwartym zezwoju s przedstawione na rys.5.9. IkiaiaikLkRdRdR1 bR2 bR1i2i

aiai t1i2itTt T 21kiki Rys.5.9. Schemat zastpczy obwodu komutacyjnego i przebieg komutacji opnionej Rwnanie obwodu komutacyjnego (zwartego): 01 1 1 2 2 2= + + + i R i R i R i R i RdtdiLb d b d k kkk (5.1) gdzie: k kL R , - rezystancja i indukcyjno zwartego zwoju, dR- rezystancja doprowadze, 2 1,b bR R - rezystancje czci nabiegajcej i zbiegajcej szczotki, przy czym przyjmujemy: 111~SRb oraz221~SRb,gdzie: suma powierzchni czci szczotki nabiegajcej na wycinek komutatora1Si powierzchni czci szczotki zbiegajcej z wycinka komutatora2Sjest rwna powierzchni styku szczotki 2 1S S S + = o rezystancji cakowitej 2 1 b b bR R R + = , ki- prd w zwartym zezwoju, ai- prd w gazi uzwojenia, 2 1, i i-prdy w czci nabiegajcej i zbiegajcej szczotki, const i Ia= = 2- prd stay odbierany ze szczotki. Pomidzy prdami zachodz zwizki: I i i i i i i i ik a k a= + + = =2 1 2 1, , (5.2) Zakadamy dalej, e zmianie prdu w zezwoju komutujcym z wartoci aina ai odpowiada czasTi caa powierzchnia szczotkiS . Zatem czci nabiegajca i zbiegajcazwizane sz powyszymi proporcjonalnie: TtS S =1 orazTt TS S=2(5.3) Wtedy gstoci prdu wynios: -dla czci nabiegajcej szczotki:11 1 1111tg ktikSTtiStT iSij = = = = = (5.4) 7 -dla czci zbiegajcej szczotki:22 2 2222tg) ( kt TikSTt Tit T ST iSij ==== = (5.5) Zatemgstocitemogmiernewartoci,wyraoneprzeztangensnachylenia charakterystyki) (t ik. Dlajasnocianalizyruchukomutatorawzgldemszczotekizmianyzwrotuprduw zezwojachuzwojeniatwornika,narys.5.10rozrnionoprdwkadejzdwchgazi rwnolegych uzwojenia: 2 1,a ai ii ponumerowano wycinki komutatora. 1 ai1 aiII2 ai1 2 31 ai2 aiki1 bR2 bRI2i1iCz nabiegajca szczotkiCz zbiegajca szczotki1 2 3 1 ai2 aiII2 ai1 2 3 Rys.5.10. Zmiana zwrotu prdu w zezwojach uzwojenia twornika w procesie komutacji Rozrniamy trzy rodzaje komutacji: -opnion, -przyspieszon, -liniow. kitaiai

kitaiai kitaiai a) b)c) Rys.5.11. Przebieg komutacji: a) opnionej, b) przyspieszonej, c) prostoliniowej komutacja przyspieszonakomutacja opnionakomutatorszczotka Rys.5.12. Skutki nierwnego rozkadu gstoci prdu pod szczotk Wikszejgstociprduwczci nabiegajcej(komutacjaprzyspieszona)lub zbiegajcej(komutacjaopniona)szczotki towarzyszyefektiskrzeniaprzyprzerwaniu cigoci styku. Komutacjaoprzebieguprostoliniowymwymagaspenieniazaoeniaostaejgstoci prdu pyncego przez szczotk.Rozwamy dwa stopnie uproszczenia analizy tego przypadku: a) w rwnaniu (5.1) pomijamy wpyw indukcyjnoci i rezystancji zwoju zwartego oraz rezystancji doprowadze:0 , 0 , 0 = = =d k kR R L Wtedy:01 1 2 2= i R i Rb b(5.6) 8 Na podstawie (5.4), (5.5) mona napisa: tTR Rb b=1 oraz t TTR Rb b=2(5.7) Dalsza analiza prowadzi do okrelenia przebiegu prdu w zezwoju komutujcym w postaci linii prostej: kitaiai Ttki Rys.5.12. Zmiana prdu w uproszczonym obwodzie komutujcym) 2 1 (Tti ia k =(5.8) b) w rwnaniu (5.1) pomijamy jedynie wpyw indukcyjnoci zwoju zwartego0 =kL . Wynikiem przeksztace jest przebieg prdu o postaci: kitaiai Ttki Rys.5.13. Zmiana prdu w obwodzie komutujcym przy uwzgldnieniu rezystancji ) 1 (212 1TtTtRR RTti ibd ka k++=(5.9) kRki2i 1i1 ai2 aiI) (t es) (t ebkd bR R +1 d bR R +2 Rys.5.14. Oddziaywanie biegunw komutacyjnych na przebieg komutacji Wwynikupowstaniawzwartymzwojusiy elektromotorycznejsamoindukcji se ,popyniew nimdodatkowyprd,ktryzgodniezreguLenza bdzieopniazmianprdu ki -stdkomutacja bdziemiaaniekorzystnyopnionyprzebieg. Dziaaniesiyelektromotorycznej se niwelujesia elektromotorycznarotacji bke ,indukowanaw zwartymzwojuprzezuzwojeniebiegunw pomocniczych(uzwojeniekomutacyjne), szeregowo(przeciwnie!)poczonezuzwojeniem twornika.Warto bke jestproporcjonalnado wartoci prdu twornika. Uzwojeniebiegunwkomutacyjnychdobierasitak,byindukowanenapicie bkeprzeciwdziaaododatkowosileelektromotorycznejrotacji oae ,wytworzonejwwyniku oddziaywaniatwornikawosiszczotek(prdtwornikapowodujezmianrozkadupola magnetycznego patrz rys.5.6, rys.5.7). 9 Prawidowakomutacjawinnabylekkoprzyspieszona.Zapewniatoprawidowkomutacj w stanach nieustalonych pracy maszyny. s oa bkkk oa bke e edtdiL e e + > + >(5.10) Dodatkowe czynniki warunkujce poprawn komutacj: -rezystancjazwojuzwartego(komutujcego)orazrezystancjadoprowadzewinnyby mniejszenirezystancjaszczotkicozapewniazastosowanieszczotekwglowych,o znacznejrezystancjiprzejcia(dlaszczotekwglowografitowychspadeknapiciana jednejszczotcewynosiok.1V,natomiastszczotkimiedzianografitowemajspadek napiciawgranicach0,10,9Vnajednszczotkistosujesijewmaszynach niskonapiciowych), -siaelektromotorycznasamoindukcjiwinnabyjaknajmniejszarealizacjaprzez konstrukcj wirnika (obki otwarte). Komutacjawstanachnieustalonych:zmianystrumieniamagnetycznegowytworzonego przezuzwojeniebiegunwkomutacyjnychsopnionewzgldemzmianprdutwornika (przezopniajceoddziaywanieefektwodprdwwirowychwrdzeniu),stdniepena kompensacjaindukowanychwzwojukomutowanymsielektromotorycznych.Rozwizania zapobiegajcetemuzjawiskuto:wykonanierdzeniazblachlubstosowanieprzekadek niemagnetycznych pomidzy jarzmem i nabiegunnikami. Ocen poprawnoci pracy w stanach nieustalonych umoliwia znajomo strefy komutacji beziskrowej. 5.4. Rwnania maszyny prdu staego Rozwamymaszynprdustaegoobcowzbudn,ktramatrzyobwodyelektryczneopisane indeksami:r -obwdwirnika(twornika);k -obwdbiegunwkomutacyjnych;f -obwd wzbudzenia.Rozmieszczenieobwodwwosiachq d, ,zgodniezprzyjtymioznaczeniami ilustruje rys.5.15. furukufikiridq Rys.5.15. Rozmieszczenie uzwoje maszyny obcowzbudnej w osiachq d,Poszczeglnerwnanianapiiuproszczone (bez dyssypacjiD) rwnanie mechaniczne maj posta: + = + + + =+ + =+ =T i i MdtdJi MdtdiMdtdiL i R udtdiMdtdiL i R udtdiL i R uf r rff rfrrkrr r r rrkrkk k k kff f f f(5.11) W zapisie macierzowym rwnania napi mona przedstawi jako: ((((

((((

+((((

((((

+((((

((((

=((((

rkfrf rkfr rkkr kfrkfrkfrkfiiiM iiidtdL MM LLiiiRRRuuu0 00 0 00 0 0000 00 00 00 0 (5.12) 10 Szeregowe poczenie uzwojenia biegunw komutacyjnych z uzwojeniem wirnika (twornika) jest uwzgldnione przez wprowadzenie macierzy wizw] [C narzuconych na prdy i transponowanej do niej macierzy TC] [ narzuconej na napicia. a arki iii((

= =((

11Coraz[ ]((

=((

=rkrk Tauuuuu 1 1 C (5.13) Zatem: frfTar rkkr k Tark Trk TiMidtdL MM LiRRuu((

+((

+((

=((

000C C C C C C (5.14) Std: f rf a rk r k a r k ai M idtdM L L i R R u + + + + = ) 2 ( ) ( (5.15) Wprowadzamy oznaczenie wypadkowego obwodu wirnika i biegunw komutacyjnych jako obwodu twornika przezindeksai definiujemy odmiennie indukcyjno rotacji: rffaM M =oraz: r k aR R R + =i rk r k aM L L L 2 + = .Wtedy ukad rwna (5.11) przyjmie kocow posta: + = + + =+ =T i i MdtdJi MdtdiL i R udtdiL i R ua ffaffaaa a a aff f f f(5.16) 5.5. Prdnice prdu staego A)prdnica obcowzbudna Na podstawie zapisu (5.16) rwnania napi prdnicy obcowzbudnej przyjmuj posta: = = + ++ =ffaffaaa a a aff f f fi M Ei MdtdiL i R udtdiL i R u (5.17) gdzie:E- sia elektromotoryczna rotacji indukowana w obwodzie twornika w wyniku obrotu wirnikawzgldemstaegopolamagnetycznego,wytwarzanegoprzeznieruchomyobwd wzbudzenia pooony na stojanie. W ustalonym stanie pracy rwnania (5.17) redukuj si do postaci: == +=ffaa a af f fI M EE I R UI R U(5.18) Podstawowe charakterystyki ruchowe prdnicy: 11 -charakterystykabiegujaowego-) (fI f E = dlaconst = -teoretycznie dla liniowego obwodumagnetycznegojestliniprost,wzrostprdkociprdnicypowodujewikszy wpywnasyceniaobwoduiwefekciewikszerelatywnezmniejszaniesisiy elektromotorycznej przy uwzgldnieniu wpywu nieliniowoci; fIE123 Rys.5.16. Charakterystyka biegu jaowego prdnicy obcowzbudnej: 1- przebieg liniowy, 2 przebieg rzeczywisty, 3 wpyw prdkoci wirnika na warto siy elektromotorycznej -charakterystykazewntrzna) (a aI f U = dlaconst = orazconst If= ,przebieg charakterystykidlaniezmienionejwartocisiyelektromotorycznejE macharakter liniowy, spadek napicia narezystancji aRjest dla znamionowego prdu twornika rzdu 10-15% . Wpyw oddziaywania twornika powoduje ni liniowy szybszy spadek napicia;aIaUaNIfN fI I =E I Ra a) 15 , 0 1 , 0 ( =akIaNUEN = 12 Rys.5.17. Charakterystyka zewntrzna prdnicy obcowzbudnej: 1- przebieg uproszczony, 2 uwzgldnienie oddziaywania twornika-charakterystykaregulacji-) (a fI f I = dlaconst = orazconst Ua = ,wzrostprdu wzbudzeniaidalejE kompensujespadeknapicianarezystancji i skutki oddziaywania twornika tak, e napicie na zaciskach prdnicy utrzymuje sta warto. fIaIconst = const Ua = Rys.5.18. Charakterystyka regulacji prdnicy obcowzbudnej 12 B)Prdnica bocznikowa (samowzbudna) Warunkiemwzbudzeniaprdnicywystpieniawstaniejaowymnapicianazaciskach twornikajestistnieniemagnetyzmuszcztkowego,dajcegowwynikuodpowiedniego poczeniauzwojedodatniesprzeniezpolemwywoanymprzezprdwzbudzenia(w przeciwnymprzypadkumamydoczynieniaztzw.poczeniemsamobjczym,gdy likwidujemymagnetyzmszcztkowy)orazodpowiedniawartorezystancjiobwodu wzbudzenia.Nachylenieprostej f f I R E = monaregulowazmianwartoci fR tak,aby kryt fR R < - rys.5.19, punkt 1. Dla rezystancji rwnej lub wikszej od rezystancji krytycznej - rys.5.19, punkty 2,3 prosta ta zbyt szybko przecina si krzyw napicia jaowego) (fI f E = i napicie nie osignie wartoci znamionowej.fIEf f I R E =kryt fR R >kryt fR R =kryt fR R dR a) b) Rys.5.35. Hamowanie przeciwwczeniem silnika: a) obcowzbudnego, b) szeregowego -prdnicowe(odzyskowe)wymagapoczeniasilnikawukadziewzbudzeniaobcegolub bocznikowegozmniejszenienapiciazasilaniaprzystaymmomencieobcienia powoduje powstanie ujemnego momentu hamujcego zatem prd twornika ma przeciwny zwrot i energia jest oddawana do zasilania; 2I1I 1I 11U1 2U U < Rys.5.36. Hamowanie prdnicowe obcowzbudnego 21 -dynamicznepoleganaodczeniuuzwojeniatwornikaodnapiciazasilaniaizwarciugo przez dodatkowy opr, wtedy silnik pracuje jak prdnica, wad tego hamowania jest dugi czashamowania(malejceobrotypowoduj malenie siy elektromotorycznej a w efekcie zmniejszaniesiprduimomentuhamowania).Wmiarspadkuobrotwmona zmniejsza rezystancj dodatkow, silnik sam si zatrzymuje; 2I1I2I 10 =dR03I 1 dR2 dR2 1 d dR R >

IdR a) b) Rys.5.37. Hamowanie dynamiczne silnika: a) obcowzbudnego, b) szeregowego Wsilnikuszeregowymnaleypamitaprzyzwieraniuobwodutwornikaprzez rezystancjdodatkowojednoczesnymprzeczeniuobwoduwzbudzeniatak,by zachowazwrotprduwewzbudzeniu(wprzeciwnymprzypadkunastpi rozmagnesowanie i brak momentu hamujcego) rys.5.38. A1A2B1B2D1 D2A1A2D1 D2B2B1UUIIdRfEfE EE Rys.5.38. Przeczenie uzwojenia wzbudzenia silnika szeregowego do hamowania dynamicznego 5.7. Silnik uniwersalnySilnikuniwersalnymawzbudzenieszeregowe;jestzasilanyjednofazowymnapiciem przemiennym220Vlubniszymnapiciemstaym;mablachowanystojan;wmaych maszynachpozbawionyjestuzwojedodatkowych:biegunwkomutacyjnychi kompensacyjnego(szkodliwywpywindukowanejwzwartymzwojupodczaskomutacjisiy elektromotorycznejkompensujesibudowkomutatorazezwikszonliczbwycinkw, zatem mniejsz liczb zwojw w zezwoju uzwojenia twornika). Analiza uproszczonego modelu silnika uniwersalnego jest przeprowadzona przy zaoeniach: -wtwornikuniewystpujesiaelektromotorycznatransformacjiwywoanaprzez uzwojeniewzbudzenia(ouzwojeniatwornikaiouzwojeniawzbudzenias prostopade), -niemaprzesuniciafazowegomidzystrumieniemwzbudzeniaiprdemwzbudzenia, bdcym jednoczenie prdem twornika. Przyjmujemy dalej, e: 22 t U t u0cos 2 ) ( =oraz) cos( 2 ) (0 = t I t i(5.40) Wtedy moment elektromagnetyczny wyniesie: )] ( 2 cos 1 [ )) cos( 2 ( ) (02 202 + = = = t I M t I M t i M Tfafafa e (5.41) Zatemmomentsilnikauniwersalnegozasilanegonapiciemprzemiennymoczstotliwoci Hz f 50 = maskadowsta(momentredni)iskadowzmiennoczstotliwoci podwojonejHz 100 - rys.5.39. 0 + 2eT2I Mfat0 Rys.5.39. Moment elektromagnetyczny silnika uniwersalnego zasilanego przemiennym napiciem Rwnanie napi tego silnika ma posta: ) () () ( ) ( t i Mdtt diL t Ri t ufa + + = (5.42) przez co uwzgldniajc rodzaj zasilania mona je przeksztaci w warunkach stanu ustalonego pracy, po zastosowaniu zapisu symbolicznego:t je U t u t u02 ) ( ) (= oraz t je I t i t i02 ) ( ) (= do kocowej postaci: I L j I M R Ufa 0) ( + + = (5.43) czyli:I Z U = , gdzie:jX M R L j M R Zfafa+ + = + + = ) ( ) (0 (5.44) Formu(5.43)obrazujeprzedstawionyna rys.5.40wykreswskazowyzespolonych wartoci skutecznych napi i prdu. UI RI L j0I Mfa Rys.5.40. Wykres wskazowy napi dla silnika uniwersalnego Literatura podstawowa: 1.J. Skwarczyski, Z. Tertil: Maszyny elektryczne, cz. I - IV, wyd. AGH 1995 -1999. 2.Z. Bajorek: Teoria maszyn elektrycznych, PWN 1982. Materiay dodatkowe: 3. J.K. Markielowski i in.: Laboratorium maszyn elektrycznych, PK, Krakw 1982 4. http://bezel.com.pl/index.php/maszyny-elektryczne.html 5. http://home.agh.edu.pl/~dybowski/komutatorowa/index.html Opracowa: dr in. Konrad Weinreb Krakw, maj 2011